(57)【要約】【課題】  表面絶縁処理した磁性粉末を圧縮成形して圧粉磁心本体を備えた軟磁性材において、更なる磁束密度の向上を図る。【解決手段】  磁気回路を形成可能な圧粉磁心本体10ＡとＦｅ−Ｃｏ系合金の板材とを備える。前記Ｆｅ−Ｃｏ系合金の板材であるリング板17，18が磁路19と略平行に配置されている。高い磁束密度を有するＦｅ−Ｃｏ系合金のリング板17，18が磁路19と略平行に配置されているため、高磁束密度、高透磁率の磁路19が形成され、これにより軟磁性材が高磁束密度、高透磁率となる。また、圧粉磁心本体10ＡとＦｅ−Ｃｏ系合金のリング板17，18を組み合わせることにより、磁気回路設計の自由度を損なうことがない。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
磁気回路を形成可能な圧粉磁心本体とＦｅ−Ｃｏ系合金の板材とを備えた軟磁性材であって、前記Ｆｅ−Ｃｏ系合金の板材が磁路と略平行に配置されていることを特徴とする軟磁性材。
【請求項２】
前記磁気回路のエアギャップ対向部の少なくとも一部が前記Ｆｅ−Ｃｏ系合金の板材からなることを特徴とする請求項１記載の軟磁性材。
【請求項３】
前記Ｆｅ−Ｃｏ系合金の板材を表面に配置したことを特徴とする請求項１又は２記載の軟磁性材。
【請求項４】
表面絶縁処理した前記Ｆｅ−Ｃｏ系合金の板材を積層配置したことを特徴とする請求項１〜３のいずれか１項に記載の軟磁性材。
【請求項５】
請求項１〜４のいずれか１項に記載の軟磁性材を用いたことを特徴とするアクチュエータ。
【請求項６】
請求項１〜４のいずれか１項に記載の軟磁性材を用いたことを特徴とする電磁弁。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、自動車用燃料噴射装置などの流体制御電磁弁等に使用される軟磁性材とこれを用いたアクチュエータ及び電磁弁に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
図１０は、アクチュエータである電磁弁の一例を示しており、ケーシング１に内蔵した磁性材からなるステーターコア２は、軸芯Ｘに孔３を形成したボス部たる内側リング部４の外側に間隙部を介してスカート部たる外側リング部４を同軸状に設け、さらに内側リング部４の基端と外側リング部５の基端を同軸状の円板状の底部６によって接続するものであり、間隙部にはコイル７を設けている。さらに内側リング部４の先端側と外側リング部５の先端側には、プランジャー８が軸芯Ｘ方向に進退自在に設けられると共に、このプランジャー８は孔３に収容したバネ９によって常時突出するように付勢されている。尚、ステーターコア２が固定磁性体であり、プランジャー８が可動磁性体である。
【０００３】
したがって、コイル７に通電することにより、内側リング部４、底部６、外側リング部５及びプランジャー８を通る磁界の磁路が生成され、この結果、プランジャー８がバネ９の付勢力に抗して内側リング部４の先端、外側リング部５の先端に吸引される。一方コイル７が非通電となると、前記磁界が解除され、この結果、プランジャー８がバネ９の付勢力にしたがって内側リング部４の先端、外側リング部５の先端より離れるようになる。このように内側リング部４、底部６、外側リング部５及びプランジャー８を通る磁界の磁路を備えた磁気回路が形成される。
【０００４】
ところで、樹脂中に磁性粉末を設けて磁界に配置される磁性材であって、前記磁性粉末を扁平形状に形成し、磁性粉末を樹脂と共に金型のキャビティーに射出して成形を行い、隣接するそれぞれの前記磁性粉末の長手方向を相互にほぼ平行に配向すると共に、前記磁性粉末の長手方向を前記磁界の磁力線とほぼ平行に配向し、透磁率を向上する磁性材が知られている（例えば特許文献１）。
【０００５】
しかし、従来技術の磁性材においては、磁性粉末と樹脂との混合体であったので、射出成形により形状の自由度等は向上するものの、射出成形時の前記混合体の流動性を確保するために磁性粉末の充填率を低くせざるを得ず、結果、磁束密度及び透磁率が低くなり、駆動力の向上や装置の小型化を図ることはできない。
【０００６】
これに対して、表面絶縁処理した磁性粉末を圧縮成形した圧粉磁心が知られており、Ｃｏを３％を超え35％未満の範囲内の質量割合で含むＦｅ−Ｃｏ系粒子から成る軟質磁性粉末が加圧成形され、その軟質磁性粉末の平均粒径が30μｍを超え110μｍ未満の範囲内にある圧粉磁心（例えば特許文献２）が提案されている。
【特許文献１】特開２００４−１２８４５５号公報
【特許文献２】特開２００２−７５７２１号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
上記の圧粉磁心では、圧縮性を向上させたとあるが、相対密度は91〜94％程度であり、比較的高価なＣｏを多量に必要とする割に、純鉄粉末を使用した圧粉磁心の磁束密度と同程度の磁束密度しか得られなった。そして、例えばエンジンの燃料噴射装置用の電磁弁に用いるステーターコアのような更なる高い駆動力及び応答速度性能を実現するには圧粉磁心における磁束密度の向上に限界があった。これは従来の圧粉磁心においては、成形時の加圧方向に平行の磁束密度が直角方向のそれに比べて劣るためである。特に、肉厚の薄いボス部やスカート部を有する磁心では顕著にあらわれる。さらにボス部やスカート部の部位を有する電磁弁のステーターコアでは、これらの部位の加圧方向が磁路となるため、その方向の磁束密度の改善がバルブの開閉力を増す上で課題となっている。
【０００８】
そこで、本発明は、磁性粉末を圧縮成形した圧粉磁心本体を備えた軟磁性材において、更なる磁束密度の向上を図る点である。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
請求項１の発明は、磁気回路を形成可能な圧粉磁心本体とＦｅ−Ｃｏ系合金の板材とを備えた軟磁性材であって、前記Ｆｅ−Ｃｏ系合金の板材が磁路と略平行に配置されているものである。
【００１０】
請求項２の発明は、前記磁気回路のエアギャップ対向部の少なくとも一部が前記Ｆｅ−Ｃｏ系合金の板材からなるものである。
【００１１】
請求項３の発明は、前記Ｆｅ−Ｃｏ系合金の板材を表面に配置したものである。
【００１２】
請求項４の発明は、表面絶縁処理した前記Ｆｅ−Ｃｏ系合金の板材を積層配置したものである。
【００１３】
請求項５の発明は、請求項１〜４のいずれか１項に記載の軟磁性材を用いたアクチュエータである。
【００１４】
請求項６の発明は、請求項１〜４のいずれか１項に記載の軟磁性材を用いた電磁弁である。
【発明の効果】
【００１５】
請求項１の構成によれば、高い磁束密度を有するＦｅ−Ｃｏ系合金の板材が磁路と略平行に配置されているため、高磁束密度、高透磁率の磁路が形成され、これにより軟磁性材が高磁束密度、高透磁率となる。また、圧粉磁心本体とＦｅ−Ｃｏ系合金の板材を組み合わせることにより、磁気回路設計の自由度を損なうことがない。
【００１６】
また、請求項２の構成によれば、比較的高価なＦｅ−Ｃｏ系合金の板材を少量使用するだけで、動作に寄与するエアギャップ対向部の磁束密度を効率よく高めることができ、駆動力の向上が図られ、焼結Ｆｅ−Ｃｏ系合金に比べ、応答性を飛躍的に向上することができる。
【００１７】
また、請求項３の構成によれば、表面にＦｅ−Ｃｏ系合金の板材を設けることにより、高周波においては、表皮効果により磁束が製品表面に集中するため、一層、効果的となり、磁束密度を効率よく高めることができる。また、エアギャップ対向部においては、磁束がエッジ部に集中するため、エッジ部を含む表面に板材を設けることにより、効果的に磁束密度を高めることができる。
【００１８】
また、請求項４の構成によれば、応答性能を向上することができる。
【００１９】
また、請求項５の構成によれば、高磁束密度、高透磁率の軟磁性材を備えたアクチュエータを提供できる。
【００２０】
また、請求項６の構成によれば、高磁束密度、高透磁率の軟磁性材を備えた電磁弁を提供できる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２１】
本発明における好適な実施の形態について、添付図面を参照しながら詳細に説明する。なお、以下に説明する実施の形態は、特許請求の範囲に記載された本発明の内容を限定するものではない。また、以下に説明される構成の全てが、本発明の必須要件であるとは限らない。各実施例では、従来とは異なる新規な軟磁性材を採用することにより、従来にない軟磁性材が得られ、その軟磁性材とこれを用いたアクチュエータ及び電磁弁について記述する。
【実施例１】
【００２２】
以下、本発明の実施例について説明すると、図１〜図３は本発明の実施例１を示し、同図に示すように、ステーターコア10を構成する圧粉磁心本体10Ａは、軸芯Ｘに孔11を形成したボス部たる内側リング部12の外側に間隙部を介してスカート部である外側リング部13を同軸状に設け、さらに内側リング部12の基端と外側リング部13の基端を円板状の底部14によって同軸状に接続し、絶縁層により表面絶縁処理した軟磁性粉末を成形したものであり、間隙部にコイル20を設ける。尚、この圧粉磁心本体10Ａは圧縮成形したあと必要に応じて歪取り等を目的として熱処理を施している。
【００２３】
前記内側リング部12と外側リング部13を備えた圧粉磁心本体10Ａにおいては、純Ｆｅ粉、Ｆｅ−Ｓｉ、Ｆｅ−Ｓｉ−Ａｌ、Ｆｅ−Ｎｉ、アモルファス、ナノクリスタル（ナノ結晶合金）などの粒状の軟磁性粉末からなり、これらの表面には電気絶縁処理がなされている。尚、好ましくは、純Ｆｅ粉が用いられる。前記電気絶縁処理は、燐酸塩処理、樹脂被膜、ゾルゲル法による酸化物被覆などの電気の絶縁層によって形成されている。
【００２４】
また、前記圧粉磁心本体10Ａの内側リング部12の先端には、Ｆｅ−Ｃｏ系合金の薄板からなる円筒状のリング板17，17，…が前記軸芯Ｘを中心として厚さ方向に複数積層され、各リング板17，17，…の表面に電気の絶縁層を設け、相互に絶縁しており、それら積層した複数のリング板17，17，…の厚さは前記内側リング部12の厚さと同一である。また、前記圧粉磁心本体10Ａの外側リング部13の先端には、Ｆｅ−Ｃｏ系合金の薄板からなる円筒状のリング板18，18，…が前記軸芯Ｘを中心として厚さ方向に複数積層され、各リング板18，18，…の表面に電気の絶縁層を設け、相互に絶縁しており、それら積層した複数のリング板18，18，…の厚さは前記内側リング部12の厚さと同一である。尚、リング板17，18は、板材である薄板を筒状に形成したものであり、その板材であるリング板17，18は、少なくともエアギャップ対向部であるリング部12，13の先端より薄いものである。
【００２５】
前記Ｆｅ−Ｃｏ系合金の組成として、ＦｅとＣｏの他に、比抵抗を向上させるため、Ｖ，Ｃｒ，Ｍｏ，Ｗ，Ｔｉ，Ｍｎ，Ｃｕ，Ｎｉ，Ｎｂ，Ａｌ，Ｓｉのうちの一種又は二種以上を合計でＦｅ−Ｃｏ系合金中、５重量％以下添加してもよい。また、Ｆｅ−Ｃｏ系合金の組成において、磁束密度及び透磁率の観点からＣｏを５〜６０重量％とすることが好ましい。
【００２６】
次に、製造方法について説明する。まず、圧粉磁心本体10Ａは、軸芯Ｘと一致するように軸芯を定めた成形金型21の貫通孔22の下方より下パンチ23の他に、軸芯Ｘに孔成形用コアロッド24、下パンチ23上に間隙部を形成するためのコアロッド25が挿入して、幅狭となった内側リング成形部12Ａ、外側リング成形部13Ａ及びこれらの上部に位置する底部成形部14Ａを有するキャビティー26が形成されている。さらに、このキャビティー26の上方には上パンチ27が配置している。そして、前記絶縁層を有する軟磁性粉末16をキャビティー26に充填する。尚、軟磁性粉末16の混合物には必要に応じて図示しないバインダーを混合する。そして、上パンチ27をキャビティー26に挿入して圧粉磁心を圧縮成形する。この後、上パンチ27をキャビティー26より抜き上げ、さらに下パンチ23を上昇させて圧粉磁心本体10Ａを取り出すものである。この圧粉磁心本体10Ａは必要に応じてあとでバインダーの硬化や成形時に生じた歪取りのため焼鈍などの熱処理を施してもよい。さらに、この圧粉磁心本体10Ａの内側リング部12の先端に、前記リング板17，17…を接着などにより一体に取り付け、外側リング部13の先端に、前記リング板18，18…を接着などにより一体に取り付けてステーターコア10を製造する。
【００２７】
こうして製造した圧粉磁心たるステーターコア10は、上記図１０で説明したアクチュエータたる電磁弁などの前記ステーターコア２に用いることができ、内側リング部12、底部14、外側リング部13及びプランジャー８を通る磁界の磁路19を備えた磁気回路が形成され、磁路19には、内側リング部12とプランジャー８との間及び外側リング部13とプランジャー８との間にエアギャップ28が形成され、前記リング板17，18は、圧粉磁心のエアギャップ対向部である内側及び外側リング部12，13の先端に、前記磁路19と略平行に設けられている。すなわち筒状をなすリング板17，18は、その板厚方向より筒の長さ方向に長く形成され、この長さ方向が前記磁路19と略平行に配置されている。
【００２８】
このように本実施例では、請求項１に対応して、磁気回路を形成可能な圧粉磁心本体10ＡとＦｅ−Ｃｏ系合金の板材とを備えた軟磁性材であって、前記Ｆｅ−Ｃｏ系合金の板材であるリング板17，18が磁路19と略平行に配置されているから、高い磁束密度を有するＦｅ−Ｃｏ系合金のリング板17，18が磁路19と略平行に配置されているため、高磁束密度、高透磁率の磁路19が形成され、これにより軟磁性材であるステーターコア10が高磁束密度、高透磁率となる。また、圧粉磁心本体10ＡとＦｅ−Ｃｏ系合金のリング板17，18を組み合わせることにより、磁気回路設計の自由度を損なうことがない。
【００２９】
また、このように本実施例では、請求項２に対応して、磁気回路のエアギャップ対向部たる内側リング部12及び外側リング部13の少なくとも一部がＦｅ−Ｃｏ系合金の板材であるリング板17，18からなるから、比較的高価なＦｅ−Ｃｏ系合金のリング板17，18を少量使用するだけで、動作に寄与するエアギャップ対向部の磁束密度を効率よく高めることができ、駆動力の向上が図られ、焼結Ｆｅ−Ｃｏ系合金に比べ、応答性を飛躍的に向上することができる。
【００３０】
また、このように本実施例では、請求項３に対応して、Ｆｅ−Ｃｏ系合金の板材たるリング板17，18を表面に配置したから、高周波においては、表皮効果により磁束が製品表面に集中するため、一層、効果的となり、磁束密度を効率よく高めることができる。また、エアギャップ対向部においては、磁束がエッジ部に集中するため、エッジ部を含む表面にリング板17，18を設けることにより、効果的に磁束密度を高めることができる。
【００３１】
また、このように本実施例では、請求項４に対応して、表面絶縁処理したＦｅ−Ｃｏ系合金の板材たるリング板17，18を積層配置したから、応答性能を向上することができる。
【００３２】
また、このように本実施例では、請求項５に対応して、請求項１〜４のいずれか１項に記載の軟磁性材を用いたから、高磁束密度、高透磁率の軟磁性材を備えたアクチュエータたる電磁弁を提供でき、アクチュエータの駆動力と応答性が高まり、電磁弁の耐圧性と応答性が高まり、また、電磁弁の小型，軽量化が可能となる。
【００３３】
また、このように本実施例では、請求項６に対応して、請求項１〜４のいずれか１項に記載の軟磁性材を用いたから、高磁束密度、高透磁率の軟磁性材を備えたアクチュエータたる電磁弁を提供できる。
【実施例２】
【００３４】
図４〜図５は本発明の実施例２を示し、上記実施例１と同一部分に同一符号を付し、その詳細な説明を省略して詳述する。この例では、内側リング部12のエアギャップ対向部たる先端の内周面及び外周面に前記リング板17，17を設け、外側リング部13のエアギャップ対向部たる先端の内周面及び外周面に前記リング板18，18を設けており、エアギャップ対向部において、表皮効果により、磁束密度を効率よく向上することができる。
【００３５】
このように本実施例では、磁気回路のエアギャップ対向部たる内側リング部12及び外側リング部13の少なくとも一部がＦｅ−Ｃｏ系合金の板材であるリング板17，18からなり、Ｆｅ−Ｃｏ系合金の板材たるリング板17，18を表面に配置したから、高周波においては、表皮効果により磁束が製品表面に集中するため、一層、効果的となり、磁束密度を効率よく高めることができ、請求項１〜３，５，６に対応して、上記実施例１と同様な作用・効果を奏する。
【実施例３】
【００３６】
図６は本発明の実施例３を示し、上記各実施例と同一部分に同一符号を付し、その詳細な説明を省略して詳述する。この例では、内側リング部12のエアギャップ対向部たる先端の内周面に前記リング板17を設け、外側リング部13のエアギャップ対向部たる先端の外周面に前記リング板18を設けており、エアギャップ対向部において、表皮効果により、磁束密度を効率よく向上することができる。
【００３７】
このように本実施例においても、請求項１〜３，５，６に対応して、上記各実施例と同様な作用・効果を奏し、また、対向する内側リング部12の先端外周と外側リング部13の先端内周にリング板17，18を設けたから、両者間における磁束の逃げを防止し、磁気回路における磁束密度を効率よく向上することができる。
【実施例４】
【００３８】
図７〜図８は本発明の実施例４を示し、上記各実施例と同一部分に同一符号を付し、その詳細な説明を省略して詳述する。この例では、電磁弁などのアクチュエータに用いるステーターコア30の圧粉磁心本体30Ａは、第１コア部材31と第２コア部材32とを組み立ててなり、さらに、エアギャップ対向部にＦｅ−Ｃｏ系合金の薄板を設けて圧粉磁心たるステーターコア30が形成される。
【００３９】
前記第１コア部材31は、底部33とボス部たる内側リング部34とを一体に有し、第２コア部材32は、前記内側リング部34と同軸上の外側リング部35と前記底部33の反対側に位置する内鍔部36とを一体に有し、この内鍔部36の中央には、前記内側リング部34と同軸状で略同径の孔37が形成され、前記底部33の上面周囲に前記外側リング部35の端面を重ね合わせるようにして第１コア部材31と第２コア部材32とが組み立てられ、これらコア部材31，32の間にコイル39を配置している。そして、孔37からステーターコア30の内部にプランジャー40が進退自在に挿入され、このプランジャー40は、前記内側リング部34内部の孔38に収容したバネ41によって常時外側に突出するように付勢されている。
【００４０】
前記圧粉磁心本体30Ａの内側リング部34の先端には、Ｆｅ−Ｃｏ系合金の薄板からなる円筒状のリング板17，17，…が前記軸芯Ｘを中心として複数積層され、各リング板17，17，…の表面に電気の絶縁層を設け、相互に絶縁しており、それら積層した複数のリング板17，17，…の厚さは前記内側リング部34の厚さと同一であり、接着などにより前記内側リング部34に一体的に設けられ、それらリング板17，17，…は、磁路19と略平行に配置されている。
【００４１】
また、内鍔部36においては、外周側から孔37に向って磁路19が形成されており、前記内鍔部36を、Ｆｅ−Ｃｏ系合金の薄板からなる同形の鍔板部51，51を積層にして構成している。このように鍔板部51は、磁路19に略平行に配置され、磁路19と交差方向を薄板の厚さ方向として、磁路19の方向に広く形成されている。尚、前記鍔板部51は板材である薄板から構成され、表面を電気的に絶縁処理している。
【００４２】
したがって、コイル39に通電することにより、内側リング部34、底部33外側、外側リング部35、内鍔部36及びプランジャー40を通る磁界の磁路19を備えた磁気回路が形成され、この結果、プランジャー40がバネ41の付勢力に抗して内側リング部34の先端に吸引される。一方、コイル39が非通電となると、前記磁界が解除され、この結果、プランジャー40がバネ41の付勢力にしたがって内側リング部34の先端より離れるようになる。尚、磁路19には、内側リング部34とプランジャー40との間及び外側リング部35とプランジャー40との間にエアギャップ28が形成される。
【００４３】
前記第１コア部材31は内側リング部34の長さ方向の加圧方向Ｐとし、第２コア部材32は外側リング部35の長さ方向を加圧方向Ｐとして、実施例１と同様にして製造され、リング板17及び鍔板部51を接着により一体に設けている。
【００４４】
このように本実施例では、請求項１に対応して、磁気回路を形成可能な圧粉磁心本体30ＡとＦｅ−Ｃｏ系合金の板材とを備えた軟磁性材であって、前記Ｆｅ−Ｃｏ系合金の板材であるリング板17及び鍔板部51が磁路19と略平行に配置され、また、磁気回路のエアギャップ対向部たる内側リング部34及び内鍔部36の少なくとも一部がＦｅ−Ｃｏ系合金の板材であるリング板17及び鍔板部51からなり、また、Ｆｅ−Ｃｏ系合金の板材たるリング板17，18を表面に配置し、また、表面絶縁処理したＦｅ−Ｃｏ系合金の板材たるリング板17，18を積層配置し、アクチュエータたる電磁弁に用いたから、上記各実施例と同様な作用・効果を奏する。
【実施例５】
【００４５】
図９は本発明の実施例５を示し、上記各実施例と同一部分に同一符号を付し、その詳細な説明を省略して詳述する。この例では、内側リング部34のエアギャップ対向部たる先端の内周面及び外周面に前記リング板17，17を設け、また、内鍔部36の内面に前記鍔板部51を設け、内鍔部36の外面及び外側リング部35の先端面に、Ｆｅ−Ｃｏ系合金の薄板からなる外鍔板部52を設けており、エアギャップ対向部において、表皮効果により、磁束密度を効率よく向上することができる。
【００４６】
このように本実施例においては、請求項１〜３，５，６に対応して、上記各実施例と同様な作用・効果を奏する。
【００４７】
尚、本発明は、前記実施形態に限定されるものではなく、種々の変形実施が可能である。例えば、アクチュエータは電磁弁以外でも圧粉磁心を用いるものなら各種のものに適用可能である。
【図面の簡単な説明】
【００４８】
【図１】本発明の実施例１を示す断面図である。
【図２】本発明の実施例１を示す斜視図である。
【図３】本発明の実施例１を示す成形金型の断面図である。
【図４】本発明の実施例２を示す断面図である。
【図５】本発明の実施例２を示す斜視図である。
【図６】本発明の実施例３を示す断面図である。
【図７】本発明の実施例４を示す断面図である。
【図８】本発明の実施例４を示す一部を欠いた分解斜視図である。
【図９】本発明の実施例５を示す断面図である。
【図１０】従来技術の断面図である。
【符号の説明】
【００４９】
10  ステーターコア（軟磁性材）
10Ａ  圧粉磁心本体
17  リング板（Ｆｅ−Ｃｏ系合金の板材）
18  リング板（Ｆｅ−Ｃｏ系合金の板材）
19  磁路
28  エアギャップ
30  ステーターコア（軟磁性材）
51  鍔板部（Ｆｅ−Ｃｏ系合金の板材）
52  外鍔板部（Ｆｅ−Ｃｏ系合金の板材）
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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